由于我们测量一个物体通常都是用光子去撞击物体反弹后进入仪器成像,这个方法是不管测量微观还是宏观物体都是这样不变的,所以为了避免撞击造成干扰,我们会将光子的波长变大,从而使得光子的能量变小(关于为什么波长越大能量越小上一期已经讲解,这里不重复)。当光子能量变小后,撞击物体产生出的干扰就会减小,那么我们检测出来的物体状态信息就比较精准,似乎测量微观粒子的策略就是:波长较长的光子去测量。
不过我要遗憾告诉你,这样也是不对的,因为微观粒子本身具有波动性,你用光子去撞击微观粒子来测量其状态,光子也是具有波动性的,所以测量过程就相当于一个波去测量另一个波,不能简单把光子波长增大就认为可以测量出微观粒子所有信息了。
不可否认,当你光子波长变大,的确撞击微观粒子的冲击会较小,冲击小了对微观粒子速度就不会有太大改变,由于测量速度一般需要至少撞击2个光子,这和高速公路拍2张照片才能判断车是否超速是一个道理,所以第一个光子撞击微观粒子后,如果冲击比较小,那么速度不会变化太大,第二个光子再去撞击然后计算出来的速度就会很精确。但是光子波长增大,意味着光子本身的空间位置不确定度就变大,别忘记了光可是具有波动性的哦,其位置虽然总体速度朝向微观粒子,但是运动过程中会存在空间位置的不确定性,你只能确定光子在某一个空间范围内跑,你无法得知光子具体在哪。由于光子是我们的测量工具,工具本身位置都不确定了,你如何去精确测量微观粒子的位置?所以微观粒子位置信息会测不准。
反过来如果光子波长变小,那么光子能量会变大,撞击微观粒子会直接撞飞,所以你测量出来的微观粒子速度就不准确,但是波长变小光子的位置就很确定,所以测量工具本身位置确定了,测量出来的微观粒子位置就确定。
通过以上分析我们可以得出两个结论:1、波长变大,位置不确定,速度确定。2、波长变小,位置确定,速度不确定。微观粒子的速度和位置似乎就是鱼和熊掌不可兼得,无论你用啥办法去测量,就是无法同时得知,所以无法同时知道微观粒子的所有状态信息,你还如何去用牛顿力学去“预知”微观粒子后面发生的一切。
讲到这里,我们才发现,原来“拉普拉斯决定论”只适用于宏观物体,到了微观世界,你连一个微观粒子的初始状态信息都不能完整获取到,又如何去推演微观粒子的“将来”,由此我们可以看出,微观世界对我们而言,具有很大的不确定性,这种不确定性并不是由于我们测量技术不够高明,而是微观世界本身的属性,这种属性与生俱来不以人的意志为转移,属于客观存在的规律。
量子力学中的奇葩现象:你拥有无法测准位置和速度